电池技术是我们星球中碳中立未来的关键之一。在牛津狗万正网地址仪器中，我们通过整个价值链中的一系列分析和显微镜技术支持电池研究和制造。从阐明电池研究中的基本电化学和材料挑战到为电池阳极，阴极和电解质的质量控制提供工具，我们提供了电子显微镜，原子力显微镜，NMR和Semotion和Etch设备的领先解决方案以及科学相机。
发现我们如何在以下领域进行支持：
成功解决研究挑战围绕优化电池性能，增强能力，最大化功率传递和最小化降解的关键在于高级表征技术，这些技术可为纳米级的材料过程提供可量化的见解。我们的纳米分析研究工具系列，从屡获殊荣的Ultim到®极限EDS系统用于我们的纳米级组成分析，分析我们能够在operando内部的cypher ES原子力显微镜，可以使尖端见解。我们与电池研究社区中领先的研究小组的合作以及参与行业机构的工作可确保我们甚至可以满足您最先进的应用程序需求。
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锂离子电池的阴极由来自锰（LMO），钴（LCO），镍，铁（LFP），钛（LTO）或铝制的锂金属氧化物制成。更常见的是，使用了其中三种金属的组合，要么是镍锰钴（NMC），镍钴铝（NCA）。阳极由多孔碳或石墨制成，尽管正在研究其他替代材料（例如石墨烯和硅），以增加电池能力为纯材料或石墨添加剂。
当开发最佳阴极或阳极材料时，需要击中电池成本，能量密度，功率密度，安全性和寿命之间的平衡。通常，例如，更改化学计量法以通过增加基于NMC的阴极中的镍含量来改善能量密度。但是，组成的变化也会改变材料的结构和电性能。电子显微镜用于最终联系这些结构 - 陶艺关系。通过成像以足够高分辨率的阳极和阴极材料的样品来检测电池寿命中发生的变化，并形成材料均匀性的详细视图，研究人员可以将结构变化与重要的电池特性（例如能量密度）相关联，功率密度，安全性和寿命。
锂离子电池中使用的材料通常对高电子束剂量和牛津仪器非常敏感，因此提供了一系列极敏感的探测器，这些探测器允许在最小电子束剂量下进行组成和结构测量。狗万正网地址
我们的Ultim Max和Ultim Extreme Eds检测器以及我们的对称EBSD探测器的范围由领先的研究小组使用：
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在锂离子电池中，阴极和阳极由含有通常液体电解质的分离膜分离。另外，正在研究固体电解质，可以为安全和能量密度提供有意义的改进，并提供成本节省。
液体电解质
最常用的液体电解质是锂盐溶液（LIPF6或libf4）添加了粘合剂和添加剂，以减少气体和粘度。在充电和放电过程中，液体电解质会降解并降解，这可能导致电池肿胀，对于某些反应产品也可能导致电池腐蚀。例如，可以将氢氟酸作为分解产物形成。
狗万正网地址牛津仪器无冰冷的X-Pulse NMR系统是唯一可以测量单个系统中所有组件的台式NMR（1H，13C，19F，7李，31p，11b）。它还可靠地识别和量化了HF和LIF等崩溃产品，并测量扩散系数。
图1（右）：X-Pulse台式NMR系统具有脉冲场梯度标准配置。这允许像所示的那样测量自扩散，以了解电解质的关键物理特性，包括电导率和离子转移。
固体电解质
通过启用金属锂阳极，将许多不同的材料作为锂离子电池中固体电解质的候选者进行研究，这些电池的能量密度比现有电池更高。但是，固态电解质中的电导率通常低于其液体对应物。成像SEM中的LI分布可以提供有关材料结构以及任何有害树突形成的重要信息。结合电导率测量，它使新的研究旨在提高固态电解质的性能，并最终使所有固态电池都能建造。Ultim Extreme是唯一能够在足够低束电流下SEM中检测锂X射线的EDS检测器，以免显着改变样品。
图2：（左）获取前的固态石榴石电解质；（中间）X射线地图
以100pa梁电流在2.5kV处获得2.5kV，三个不同的Li包含
确定的阶段；（右）获得后同一区域，没有可观察到的损坏
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在操作过程中探测电池结构和特性可以提供重要的见解，这些见解在验尸后查看组件时可能会丢失。我们的Cypher AFM可以定制用于在杂物盒中操作。它也可以配备有电化学电池，该电池可以在电池操作过程中直接对电极表面进行成像。这可以详细研究SEI层的形成和稳定性。
图1：lio2用氩气手套箱中的电池测试。（a）集成到充满AR的MBRAUN手套箱中的Cypher ES的照片；（b）示意图
这些实验中使用的电池电池和密封的样品室。纯O。2流入AFM，但由于样品室的密封密封而没有逃入杂物箱气氛。
我们在AFM上提供一系列成像模式，这些模式可以探测电池材料中的结构和功能性能。例如，电化学应变显微镜（ESM）是一种针对Cypher™原子力显微镜（AFM）的新型扫描探针显微镜（SPM）技术，该技术能够探测具有前所未有分辨率的固体中的电化学反应性和离子流。ESM基于通过阻断或电化学活性SPM尖端检测材料对施加的电场的应变响应。Li-ions在Li-Battery电极中的插入和提取会产生较大的体积变化。平台（例如Cypher AFM）的敏感性允许检测〜1个皮表表面位移，这允许在一个单位电池内静脉内静态状态的理论检测极限（即材料的基本体积），例如材料（例如，材料的基本体积）licoo2。
对尖端的偏置诱导样品中的离子运动，并通过SPM探针和电子设备检测到所得的表面变形，从而生成图像，该图像映射纳米级的离子运动。c晶格参数（垂直于层）对原型LixCoo2阴极材料静脉的依赖性。在锂离子电池的操作区域（从x = 1到x = 0.5），晶格参数在40 pm之前用x线性变化。
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采用电动汽车的一个主要因素是充电时间，尤其是因为目前甚至最先进的电动汽车的范围都无法使用内燃机匹配大多数汽车的范围。更有效的电力电子是关键技术之一。基于碳化硅的设备将严重破坏快速充电市场，从而更快，更有效地充电。
狗万正网地址牛津仪器对如何通过其过程解决方案（例如原子层沉积，等离子体蚀刻和等离子体沉积）进行深入了解。
等离子体过程在SIC MOSFET设备的多个处理步骤中起重要作用：
锂离子电池及其供应商的制造商面临着具有挑战性的条件，在这些条件下，相对较新的技术需要迅速扩展以进行大规模生产。随着汽车和电子行业的客户需要更长的寿命，更高的容量，更轻的重量和更低的成本，原材料的表征以及电池组件和成品产品在向客户提供高质量的产品方面起着重要作用。在牛津狗万正网地址仪器中，我们为价值链的不同部分提供解决方案，从原材料的采矿到组件的质量控制，一直到电池的故障分析。
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锂离子电池生产中使用的材料必须具有很高的纯度，以使其具有预期性能和终生的电池，并防止由金属颗粒穿透隔离屏障引起的危险故障。在整个制造过程中，质量控制和监测材料至关重要，因为即使是少量的污染物也可能带来灾难性的后果。
Aztecbattery提供了一种完全自动化的解决方案，用于识别和表征粉末材料中的污染物。了解污染的来源是消除它们并确保制成品质量的第一步。
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NMR光谱给出了电解质材料中存在的化学物种的详细视图。本质上是定量的，我们的X-Pulse台式NMR非常适合快速分析LIPF6或libf4以及前体盐的纯度的测量。它不含低温，是唯一可以检测单个系统中所有相关组件的台式NMR系统：1H，13C，19F，7李，31p，11b
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电池的质量和性能取决于使用的阴极和阳极材料。例如，石墨阳极通常与硅颗粒系在一起，因为硅的重量能力比石墨高十倍。但是，两种材料之间的体积膨胀差异可能导致结构缺陷，这可能会对电池寿命产生负面影响。此外，硅添加剂可能来自各种来源，并包含影响电池性能的其他元素的痕迹。图1显示了在阳极的扫描电子显微镜中获得的EDS图，该阳极主要包含石墨（以红色为单位），但也有一定百分比的硅颗粒。对其中一个硅颗粒进行的更详细的分析组成分析揭示了比主要的石墨材料（例如氧气和锡）和锆的痕迹相比，其他大量元素的数量要大。
| C（wt％） | Si（wt％） | o（wt％） | SN（wt％） | ZR（wt％） | F（wt％） | NA（wt％） | |
| si np | 41.85 | 38.94 | 10.68 | 7.28 | 0.94 | 0.18 | 0.12 |
| 石墨 | 99.30 | 0.05 | 0.33 | 0.17 | 0.16 |
在阴极中，钴和镍的空间分布以及颗粒的总化学成分，因为界面对颗粒表面的影响对电池寿命和降解至关重要。在图2中，我们显示了NCA阴极的高分辨率EDS图，该图清楚地显示了CO以颗粒表面的壳形式存在，该壳是通过使用定量线扫描来确认的，该线扫描绘制镍和钴含量。
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